【Linux】详解僵尸进程与孤儿进程（Z僵死状态引发的内存泄漏与处理办法）

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引言

在上一篇关于Linux的章节中，我们介绍了进程的各种状态：R运行状态、S睡眠状态、D磁盘休眠状态、T停止状态、X死亡状态。其实还有一种特殊的运行状态，叫做Z僵死状态，为什么有僵死和死亡两种不同的状态呢？僵死并不等同于死亡：

有人说，一个人肉体的死亡并不算真正的死亡，因为他还被人记着，直到世界上没有人记得他的时候，这个人才是完全意义上死亡了。僵死状态就是这个道理，一个进程已经退出了，但是它的父进程并没有读取到子进程退出的代码，这时就会产生僵死进程（子进程死亡了但是父进程还记得它）

那么为什么父进程还会记得已经“死亡”的子进程呢？这就要从父子进程的工作原理讲起了：

一、僵尸进程

1.子进程的创建与退出

父进程使用fork()系统调用来创建一个新的子进程。fork()函数会返回两次：在父进程中返回子进程的PID，在子进程中返回0，父进程和子进程是各自独立执行代码的：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;

int main() {
    pid_t pid = fork();  // 创建子进程
    if (pid < 0) {
        cerr << "子进程创建失败!" << endl;
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {  // 子进程执行的代码
        cout << "子进程正在运行，PID为：" << getpid() << endl;
        return 0;  // 子进程退出
    } else {  // 父进程执行的代码
        cout << "父进程正在运行，PID为：" << getpid() << endl;
        return 0;  // 父进程退出
    }
}

当执行到fork()时，会生成一个新进程。如果fork()成功，父进程和子进程都会继续执行。子进程的 PID 将返回给父进程，而在子进程中，fork()返回 0。

2.进程表

子进程在完成自身任务并退出时，操作系统并没有立即将其从进程表中移除。子进程变为“已终止”状态，但它会保留在进程表中，直到父进程收集它的退出状态。

进程表是操作系统用来管理所有进程的核心数据结构。每个进程都有一个进程控制块（PCB），其中包含了进程的各种信息，包括其父进程的 ID（PPID）和进程的状态。

为什么需要存储运行的状态？

父进程通过查看进程表，获取子进程的状态，根据不同的状态执行不同操作。

提问：父进程获取子进程状态是为了帮助子进程进行内存资源释放吗？

回答：并不是！子进程在执行结束之后，会自行释放内存资源，即使子进程错误中断了，没有自行释放资源，操作系统也会帮其释放资源。

那么父进程收集子进程状态信息的作用是什么呢？下面是几种常见的原因：

处理子进程执行失败时的错误恢复

父进程可以根据子进程的退出状态判断子进程是否正常完成任务。如果子进程由于某些错误退出，父进程可以选择执行错误恢复操作。例如：

假设父进程是一个文件处理程序，它会启动多个子进程来处理不同的文件。如果一个子进程处理某个文件时失败了（退出码非零），父进程就可以通过获取退出状态来判断这一点，然后采取以下行动：

①：重新启动该子进程来处理失败的文件。

②：记录错误日志，并通知用户某个文件处理失败。

③：跳过失败的文件，继续处理其他文件。

决定是否继续或终止任务

父进程需要知道子进程的执行结果，以决定是否继续执行其他任务或者终止整个操作。例如：

父进程启动多个子进程来执行并行任务，每个子进程执行不同的计算任务。父进程可能需要决定是否继续执行其他任务，或者如果某个子进程失败，是否停止其他所有任务：

如果某个子进程退出码表明它执行失败，父进程可以选择终止所有其他子进程，避免浪费计算资源。

如果所有子进程都成功，父进程可以汇总结果并继续进行后续步骤。

**资源清理和收尾操作 **

有些程序需要父进程在子进程结束后做一些额外的资源清理工作。例如，父进程可能会在子进程执行任务时分配某些资源（内存、文件句柄等），需要在子进程退出后根据退出状态来执行适当的清理工作。例如：

假设父进程管理一个服务器，启动子进程来处理客户端请求。子进程在处理请求时可能会打开临时文件或者分配内存，父进程需要知道子进程是否正常退出，以便执行以下操作：

如果子进程正常退出，父进程可以清理相关资源，比如关闭临时文件、释放内存。

如果子进程异常退出，父进程可能需要保留错误日志或者重新处理请求。

上述这些情况都在说明父子进程的协作关系：父进程和子进程并非完全独立，而是有相互依赖的关系，父进程需要回收子进程的资源，操作系统会协调这一过程。

3.僵尸状态产生

父进程具体是如何查看到子进程的运行条目等信息的呢？

父进程通过调用

wait()

或

waitpid()

来回收子进程的退出状态。当子进程退出并且父进程调用

wait()

时，父进程执行后续操作，然后操作系统会清除子进程在进程表中的条目。

那么问题又来了：进程中断后，操作系统会为其释放内存资源（理解为擦屁股），那么父进程没有调用

wait()

时，操作系统还会清除条目等信息吗？答案是不会：

操作系统保留进程表条目，是为了确保父进程能够获取子进程的退出状态，执行相应的操作。操作系统不自动删除这些条目，因为父进程需要在适当的时候通过系统调用（如

wait()

）来获取子进程的退出信息。所以，如果父进程没有调用wait()获取信息，操作系统就不会释放进程条目这些资源，这就会导致内存泄漏，这是操作系统故意这么设计的，目的就是为了保证父进程可以收集到子进程的条目信息！

子进程执行完毕之后，父进程没有通过wait()收集进程条目信息，就会导致条目信息不会被释放，造成内存泄漏，此时这个存在内存泄漏的进程也叫做僵尸进程。

4.直观感受一下：

下面这段代码就是演示僵尸进程的产生过程：

  1 #include <iostream>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/wait.h>
  4 #include <ctime>
  5 using namespace std;
  6  
  7 int main()
  8 {
  9   pid_t pid = fork();
 10   if(pid<0)
 11     cout<<"子进程创建失败！"<<endl;
 12   else if(pid == 0)
 13   {
 14     cout<<"子进程正在运行，pid为："<<getpid()<<e    ndl;
 15     sleep(5);
 16     cout<<"子进程结束！"<<endl;
 17   }
 18   else 
 19   {
 20     cout<<"父进程正在运行，pid为："<<getpid()<<e    ndl;
 21     sleep(30); // 父进程没有结束就不会调用wait()
 22     cout<<"父进程调用wait，回收子进程..."<<endl;
 23     wait(NULL);
 24     cout<<"完成回收！"<<endl;
 25   }
 26   return 0;
 27 }

可以看到，此时子进程执行结束，父进程还未调用wait()，僵尸进程（Z状态）就产生了

父进程调用玩wait()对子进程条目信息收集完毕之后，操作系统为其释放资源，**进程解除僵尸状态 **

二、孤儿进程

1.产生原因

上面提到僵尸进程产生是由于父进程没有调用wait()导致的，处理办法就是让父进程必须调用wait()，但是有这么一种特殊情况：

子进程还在执行，可是父进程提前执行完毕了，之后子进程执行完毕时，已经没有父进程来为它调用wait()了，进程条目资源就不会被系统释放，导致了内存泄漏。父进程提前结束的进程称为孤儿进程。

面对孤儿进程这种情况（内存泄漏），操作系统采用了一种巧妙的处理办法：

2.处理办法

init进程

操作系统对孤儿进程的处理办法就是将孤儿进程托管给init进程，让init进程调用wait()，实现进场条目资源的释放，避免内存泄漏，那么init进程是何方神圣，作用这么大呢：

**

init

是 Unix 和类 Unix 操作系统中的第一个进程**，它在操作系统启动时由内核启动，并且是所有其他进程的祖先。每个系统中至少有一个

init

进程，它是系统中最为重要的进程之一，负责系统初始化和其他进程的管理。

init

进程的生命周期非常长，可以说是操作系统中唯一一个始终存在的进程，直到系统关机或重启。因此将孤儿进程托管给它，一定可以保证资源的正常释放

3.直观感受一下：

下面这段代码可以清除展示孤儿进程的产生与init进程的托管过程：

  1 #include<iostream>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<sys/wait.h>
  4 #include<ctime>
  5 #include<cstdlib>
  6 using namespace std;
  7 
  8 int main()
  9 {
 10   pid_t pid = fork();
 11   if(pid<0)
 12     cout<<"子进程创建失败！"<<endl;
 13   else if(pid == 0)
 14   {
 15     cout<<"子进程正在运行，pid为："<<getpid()<<endl;
 16     cout<<"父进程ppid为："<<getppid()<<endl;
 17     sleep(10);
 18     cout<<"子进程正在运行，pid为："<<getpid()<<endl;
 19     cout<<"父进程ppid为："<<getppid()<<endl;
 20     sleep(5);
 21     cout<<"子进程结束！"<<endl;
 22     return 0;
 23   }
 24   else
 25   {
 26     sleep(5);
 27     cout<<"父进程结束！pid为："<<getpid()<<endl;
 28     exit(0);
 29   }
 30   return 0;                                                    
 31 }

init进程是操作系统的第一个进程，所以它的PID为1，我们可以观察到，子进程的父进程结束后，其的确被托管给init进程了（父进程变成了init进程）

总结

本篇篇博客详细讲解了 僵尸进程 和 孤儿进程 的产生过程与处理办法。僵尸进程产生于子进程退出后，父进程未调用

wait()

收集其退出状态，导致进程表中的信息未被清理，从而造成资源泄漏。孤儿进程则是父进程提前结束，子进程在没有父进程的情况下继续执行，操作系统将其交给

init

进程处理，以确保资源的正常回收。

以上就是【详解僵尸进程与孤儿进程】的全部内容，欢迎指正~

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